首次測(cè)量到太陽(yáng)色球磁場(chǎng)，證明太陽(yáng)龍卷風(fēng)是由旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)產(chǎn)生！

來(lái)自包括華威大學(xué)物理學(xué)家在內(nèi)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，首次直接測(cè)量了太陽(yáng)色球中的磁場(chǎng)，這提供了第一個(gè)觀測(cè)證據(jù)，證明我們太陽(yáng)大氣中的巨大龍卷風(fēng)是由旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)產(chǎn)生。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在自然界中很普遍，從河流中的漩渦，飛機(jī)湍流，到天氣龍卷風(fēng)和龍卷風(fēng)。在宇宙中，我們可以在木星大氣中的渦旋、太陽(yáng)等恒星的吸積盤(pán)和螺旋星系中發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。

太陽(yáng)表面的持續(xù)運(yùn)動(dòng)在太陽(yáng)色球中產(chǎn)生了巨大龍卷風(fēng)，太陽(yáng)色球是根據(jù)日全食期間看到的紅色大氣層。龍卷風(fēng)的直徑有幾千公里，和地球上的同名龍卷風(fēng)一樣，太陽(yáng)上的龍卷風(fēng)將質(zhì)量和能量帶到了高空大氣層中。因此，作為解釋日冕異常加熱的能量通道，科學(xué)家對(duì)太陽(yáng)上的龍卷風(fēng)進(jìn)行了深入研究。太陽(yáng)龍卷風(fēng)的主要組成部分是磁場(chǎng)，然而，測(cè)量太陽(yáng)色球中的磁場(chǎng)是出了名的困難。

新研究首次對(duì)太陽(yáng)色球中的磁場(chǎng)進(jìn)行了直接觀測(cè)，以揭示太陽(yáng)龍卷風(fēng)的磁性。其研究發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理》期刊上，來(lái)自意大利國(guó)家天體物理研究所(INAF)、華威大學(xué)和意大利航天局(ASI)的一組合作者，首次實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)龍卷風(fēng)中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的三維層析成像，并測(cè)量了它們微弱的偏振信號(hào)。這一突破之所以成為可能，要?dú)w功于DST太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡的INAF IBIS儀器（干涉二維光譜儀）進(jìn)行的出色測(cè)量。

華威大學(xué)聚變、空間和天體物理中心的Juie Shetye博士表示：太陽(yáng)這種龍卷風(fēng)中扭曲磁場(chǎng)的識(shí)別是一項(xiàng)突破，到目前為止，直接測(cè)量太陽(yáng)色球中的磁場(chǎng)是難以捉摸的，這項(xiàng)研究正在為太陽(yáng)研究的新時(shí)代打開(kāi)大門(mén)。此外，隨著下一代望遠(yuǎn)鏡的開(kāi)放，太陽(yáng)研究正在邁向太陽(yáng)觀測(cè)的新紀(jì)元，例如位于夏威夷的4米丹尼爾·K·井上太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡(Daniel K.Inouye Solar Telescope)。

該望遠(yuǎn)鏡將使太陽(yáng)物理學(xué)家能夠解決這些磁場(chǎng)問(wèn)題。華威大學(xué)Erwin Verwichte博士的精密分析方法，被用來(lái)研究這些波的基本性質(zhì)，這些太陽(yáng)色球龍卷風(fēng)是研究波的傳播和它們攜帶到太陽(yáng)日冕中能量的天然實(shí)驗(yàn)室。研究顯示，太陽(yáng)龍卷風(fēng)中聲波的相位模式可以模擬旋轉(zhuǎn)，在測(cè)量太陽(yáng)龍卷風(fēng)的強(qiáng)度時(shí)需要考慮到這一點(diǎn)。自2011年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，數(shù)值模擬表明：在太陽(yáng)色球中觀察到的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是磁性結(jié)構(gòu)的蹤跡。

通過(guò)它們的旋轉(zhuǎn)，迫使太陽(yáng)等離子體通過(guò)離心力沿著磁力線向上移動(dòng)。這種等離子體流可以加速流向太陽(yáng)大氣層的上覆層，然而，還沒(méi)有觀測(cè)到這些過(guò)程的證據(jù)。所以確認(rèn)太陽(yáng)龍卷風(fēng)的磁性，是了解太陽(yáng)龍卷風(fēng)的重要一步。研究太陽(yáng)大氣中的能量輸送和耗散，對(duì)于理解太陽(yáng)外層區(qū)域的加熱機(jī)制和太陽(yáng)風(fēng)的加速具有基礎(chǔ)性的重要意義。在這些漩渦中旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，代表了激發(fā)磁波的理想物理?xiàng)l件，磁波被認(rèn)為是太陽(yáng)日冕加熱和太陽(yáng)風(fēng)加速的主要因素之一。

這是第一次由于高分辨率的IBIS光譜偏振數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了這些結(jié)構(gòu)中磁場(chǎng)的三維層析成像。過(guò)去幾年用IBIS進(jìn)行的觀測(cè)，提高了我們對(duì)太陽(yáng)大氣的知識(shí)，特別是太陽(yáng)色球的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)，小尺度和大尺度的磁演變，以及磁區(qū)中波的激發(fā)和傳播，INAF各研究所和大學(xué)的研究人員在努力更新這臺(tái)儀器，以便很快操作它，以提高對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)背后物理過(guò)程理解所需的分辨率，以獲得對(duì)太陽(yáng)大氣的新的觀測(cè)結(jié)果。

博科園｜研究/來(lái)自：華威大學(xué)

參考期刊《天文學(xué)與天體物理學(xué)》

DOI: 10.1051/0004-6361/202038360

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